26-30_12_08
27.11.2008
11:04
Stránka 1
slovo odborníka Modelované konstrukce
dne‰ní dobû narÛstajících cen energií se zaãínají klást ãím dál tím vût‰í poÏadavky na omezení úniku tepla z objektu. Jednou z moÏností omezení ztrát tepla je dodateãná tepelná izolace objektu, coÏ nezávisí pouze na volbû druhu izolaãního materiálu, ale také na fie‰ení specifick˘ch detailÛ stavby.
Celkem bylo posouzeno 7 variant detailu suterénní části panelového objektu konstrukční soustavy typu BP-70. Posuzovaný detail, modelovaný v programu Area 2007, se skládá z betonového základového pásu, obvodové stěnové konstrukce přilehlé k zemině, podlahové konstrukce 1. PP a 1. NP (včetně stropní konstrukce 1. PP).
Tento příspěvek se zaměřuje na řešení detailů spodní stavby montovaných objektů bytové výstavby, soustavy BP-70 z vnější strany. Pojednává o rozdílech průběhů teplot a parciálních tlaků vodní páry při různých variantách tepelné izolace základových konstrukcí a suterénní části panelového objektu. Posuzování vybraných detailů je prováděno porovnáním výsledků tepelně-technického posouzení konstrukcí namodelovaných v počítačovém software Area 2007.
Ve variantě 1 jsou všechny konstrukce bez teplené izolace. U varianty 2 je do podlahové konstrukce 1. PP přidána tepelná izolace Rockwool Dachrock o tl. 120 mm. Varianta 3 navíc obsahuje zateplení podzemní části tepelnou izolací Austrotherm 50 XPS-G o tl. 150 mm. Ve variantě 4 je zateplení podzemní části protaženo v tl. 100 mm přes základ až k základové spáře. U varianty 5 je tepelná izolace vytažená 400 mm nad terén. Ve variantě 6 je základ opatřen tepelnou izolací o tl. 100 mm
V
1a
1b
vzniklé případnou změnou světlé výšky a zmenšením půdorysné plochy místností v 1. PP. Při dodatečném vložení tepelné izolace do podlahové konstrukce (tl. 120 mm, varianta 2) by musely být výškově posunuty dveřní otvory a hlavně by se snížila světlá výška místností v 1. PP přibližně na 2,5 m, což nevyhovuje požadované minimální světlé výšce 2,6 m. Vlivem případného provádění zateplení z interiéru (tl. 100 mm, varianta 7) by také došlo ke zmenšení půdorysné plochy místností v 1. PP. Snížená světlá výška by musela být schválena příslušným hygienickým úřadem, jehož stanovisko by mohlo být kladné – jelikož prostor 1. PP není užíván k trvalému pobytu osob. V tab. 1 jsou uvedeny požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla UN u vybraných – zde posuzovaných – stavebních konstrukcí (stěna vnější, podlaha) pro budovy s převažující
Posouzení spodní stavby panelového z hlediska stavební tepelné techniky také z vnitřní strany. Varianta 7 posuzuje zateplení stěnové konstrukce z interiéru tepelnou izolací Austrotherm o tl. 100 mm.
Skladba obvodov˘ch konstrukcí (soustava BP-70) Obvodové panely jsou železobetonové vrstvené, tloušťky 270 mm (150 mm železobeton + 60 mm tepelná izolace + 60 mm železobeton). Tepelně-izolační vrstvu tvoří desky z pěnového polystyrénu. Na obr. 1 je znázorněna skladba obvodových stěn, styk obvodových panelů a stropního panelu, skladba podlahových konstrukcí v 1.PP a 1.NP. Tepelná izolace podlahy v 1.NP je vytvořena kotvením Lignoporu o tl. 25 mm ke spodnímu líci stropního panelu v 1.PP.
1c
Nastíněný problém je zde řešen pouze teoreticky, proto nebyly brány v úvahu možné problémy
návrhovou vnitřní teplotou θim = 20 °C. Tab. 2 a 3 shrnují vyhodnocení tepelně-technického posouzení všech zde posuzovaných konstrukcí, jejichž seznam a skladba je uvedena v bodě A1A4 (V1-V7).
Tabulka k obr. 2a-2c
2a
12/2008
2b
26
2c
26-30_12_08
27.11.2008
11:04
Stránka 2
slovo odborníka Popis okrajov˘ch podmínek Objekt je situován do teplotní oblasti Ostravy. Převážná část řešeného detailu leží pod úrovní terénu. Interiér podzemního podlaží (1. PP) je uvažován jako vytápěné vedlejší prostory s vnitřní teplotou vzduchu 15 °C. Jelikož se v přízemí nacházejí byty, jsou interiérové podmínky zvoleny jako u obytné místnosti (vpravo):
a) zemina: θgr = 5 °C; ϕgr = 100 %; Rse = 0,04 m2K/W b) exteriér: θa,e = -15 °C; ϕe = 84 %; Rse = 0,04 m2K/W c) interiér 1. PP: θa,i = 15 °C; ϕi = 50 %; Rsi = 0,25 m2K/W d) interiér 1. NP: θa,i = 21 °C; ϕi = 50 %; Rsi = 0,25 m2K/W Veličiny: θgr / θa,e / θa,i = teplota zeminy / venkovního / vnitřního vzduchu, ϕgr / ϕe / ϕi = relativní vlhkost zeminy / venkovního / vnitřního vzduchu, Rse / Rsi= tepelný odpor při přestupu tepla na vnější / vnitřní straně konstrukce λ = součinitel tepelné vodivosti µ = faktor difuzního odporu
Tepelnû-technické posouzení obvodov˘ch konstrukcí
Grafické v˘stupy Na obr. 4 až 7 jsou znázorněny: porovnání průběhů izoterm a teplotních polí, rozložení relativních vlhkostí a kondenzace vodní páry v jednotlivých detailech. Pro každý detail je grafické znázornění vyčleněno samostatně.
Tepelně-technické posouzení podzemních konstrukcí se skládá z posouzení obvodových stěn a podlah. Tepelně-technické posouzení bylo provedeno v souladu s ČSN 73 0540: 1) Tepelně-technické posouzení obvodových stěn: - posouzení hodnoty teplotního faktoru vnitřního povrchu ƒR,si [-] - posouzení hodnoty součinitele prostupu tepla U [W/(m2.K)] - posouzení kondenzace vodní páry uvnitř stěny Mc [kg/(m2.a)]
Závûr
2) Tepelně-technické posouzení podlahových konstrukcí: - posouzení hodnoty teplotního faktoru vnitřního povrchu ƒR,si [-]
V tomto příspěvku je řešeno tepelně-technické posouzení spodní stavby u podsklepených objektů panelové soustavy BP-70. Jsou posuzovány a porovnávány tepel
- posouzení hodnoty součinitele prostupu tepla U [W/(m2.K)] - posouzení kondenzace vodní páry uvnitř podlahové konstrukce Mc [kg/(m2.a)] - posouzení poklesu dotykové teploty podlahy ∆θ10 [-]
objektu
Skladby modelovan˘ch obvodov˘ch konstrukcí: A1) Skladba obvodové stěny (od interiéru směrem k exteriéru): Tl. [mm]
V1-V2
tepelná izolace Austrotherm 50 XPS-G
100
V˘stupy dle âSN 73 0540-2
obvodová stûna: Ïelezobeton
150
V této části jsou vybrány nejdůležitější výstupy z tepelně-technického posouzení obvodových konstrukcí, které je provedeno v počítačovém programu Area 2007. Požadavky na teplotní faktory fR,si,n < fR,si jsou u všech posuzovaných detailů splněny.
obvodová stûna: pûnov˘ polystyren
60
ano
obvodová stûna: Ïelezobeton
60
ano
7
ano
izolace proti zemní vlhkosti: 2 x Bitagit S35 tepelná izolace: Austrotherm 50 XPS-G
150
pfiizdívka z cihel pln˘ch pálen˘ch
65
V3-V4
V5-V6
V7 ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano, vytaÏená 400 mm nad terén
ano
ano
ně-technické vlastnosti detailů kritických míst – styku podlahové a stěnové konstrukce nad základem - představujících možné tepelné mosty, vznik kondenzace vodní páry v konstrukci a pokles povrchové teploty. Při návrhu skladby jednotlivých obvodových konstrukcí je využito informací o panelové konstrukční soustavě
Tabulka k obr. 4a-4d
2d
4a
4b
27
12/2008
26-30_12_08
27.11.2008
11:04
Stránka 3
slovo odborníka
3a typu BP-70. Při volbě materiálů byly dodržovány určité zásady: obvodové konstrukce např. splňují požadavek na hodnotu součinitele prostupu tepla U. Tepelné mosty v konstrukci mohou do značné míry znehodnotit jinak celkově dobrou tepelně-technickou koncepci stavby, jelikož v místě tepelného mostu dochází k tepelným ztrátám (v otopném období), a také ke kondenzaci vodní páry – důsledek poklesu povrchové teploty konstrukce pod teplotu rosného bodu. Při navlhnutí konstrukce vodní párou se snižují tepelně izolační vlastnosti stavebního materiálu konstrukce a může dojít k napadení konstrukce různými plísněmi nebo houbami. Není-li nalezeno vhodné konstrukční řešení tepelného mostu, musí se tepelný most přerušit nebo překrýt tepelně–izolačním materiálem. Vždy je potřeba provést tepelně–technické posouzení. Při porovnávání tepelně-technických vlastností u detailů položených do stejného prostředí (se stejnými okrajovými podmínkami: ti = 15 °C, tgr = 5 °C, ϕi = 50 %, ϕgr = 100 %, …) má zásadní vliv na průběh povrchových teplot v koutě v interiéru materiál obvodové stěny a umístění tepelné izolace v podlaze, popř. z vnější strany obvodové zdi. U jednotlivých výše navržených variant je největší rozdíl vnitřních povrchových teplot v kritickém místě právě mezi V1 a V2 (o cca 0,1 °C). Rozdíl mezi těmito dvěma detaily je v tom, že ve V2 je oproti V1 do podlahové konstrukce přidána tepelná izolace tl. 120 mm. Po následném přidání tepelné izolace tl. 150 mm také z vnější strany obvodové zdi (V3) je rozdíl vnitřních povrchových teplot v kritickém místě mezi V2 a V3 větší (cca 0,24 °C), což je
12/2008
3b zapříčiněno dobrými tepelně-izolačními vlastnostmi přidané tepelné izolace. Umístění tepelné izolace na boční straně základového pásu má jen malý vliv na průběh povrchových teplot v koutě v interiéru,
4c
4d
5a
5b
5c
6a
6b
28
6c
26-30_12_08
27.11.2008
11:04
Stránka 4
slovo odborníka A2) Skladba podlahové konstrukce – 1. PP (od interiéru 1. PP směrem k exteriéru) Tl. [mm]
V1
ná‰lapná vrstva podlahy – cementov˘ potûr
15
ano
ano
betonová mazanina
35
ano
ano
betonová mazanina II
80
ano
ano
pomocná hydroizolace - 1 x Bitagit S 35
3,5
tepelná izolace – Rockwool Dachrock
V2-V7
ano
120
izolace proti zemní vlhkosti 2 x Bitagit S35 betonová mazanina rostl˘ terén
ano
7
ano
ano
100
ano
ano
-
ano
ano
A4) Skladba podlahové konstrukce – 1. NP (od interiéru 1. NP smûrem k 1. PP) Tl. [mm]
V1-V7
3
ano
ná‰lapná vrstva podlahy – lepidlo
2
ano
potûr cementov˘
45
ano
150
ano
25
ano
ná‰lapná vrstva podlahy – PVC
stropní konstrukce: Ïelezobeton tepelná izolace Lignopor
avšak má výrazný vliv na velikost tepelných ztrát koutem (tzn. průběh teplot v zemině, v základovém pásu, v podlahových vrstvách i v části obvodové stěny v místě koutu). V detailu V4 je oproti detailu V3 na boční straně základového pásu z vnější strany přidána tepelná izolace tl. 100 mm, což má za následek zvýšení povrchových teplot v koutě v interiéru (o cca 0,26 °C); to však také znamená zmenšení tepelných ztrát koutem.
7a
7b
7c
7d
UN [W/(m2.K)]
Popis konstrukce
PoÏadované
Doporuãené
tûÏká
0,38
0,25
Podlaha/stûna pfiilehlá k zeminû (kromû pfiípadÛ podle pozn. 2)
0,60
0,40
Stûna vnûj‰í 5a
Ozn.
Tl. [mm]
Popis
Povrchová teplota
Tab. 1 Vybrané požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla UN pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim = 20 °C
Souãinitel prostupu tepla [W/(m2.K)]
Teplotní faktor
tsi,n [°C]
tsi [°C]
p
Un
* Un
Uk
p
ƒR,si,n [-]
ƒR,si [-]
p
Stûna V1
342
Obvodová
8,40
11,07
s
0,38
0,25
0,52
n
0,793
0,869
s
V3
427
Obvodová
8,40
13,90
s
0,38
0,25
0,15
s
0,793
0,963
s
V5
427
Obvodová
8,40
13,90
s
0,38
0,25
0,15
s
0,793
0,963
s
V7
377
Obvodová
8,40
13,55
s
0,38
0,25
0,19
s
0,793
0,952
s
Podlaha
6d
V1
237
Cement. potûr
8,40
10,09
s
0,60
0,40
1,96
n
0,799
0,509
n
V2
360
Cement. potûr
8,40
14,22
s
0,60
0,40
0,31
s
0,799
0,922
s
Tab. 2 Seznam jednorozměrných k-cí a vyhodnocení jejich tepelnětechnického posouzení: p = požadavky, s = požadavky splněny, n = požadavky nesplněny, * = doporučené hodnoty
29
12/2008
26-30_12_08
27.11.2008
11:04
Stránka 5
slovo odborníka Varianta
Teplotní faktor
Popis
fR,si [ - ]
p
V1
V‰echny konstrukce nezateplené
fR,si,n [ - ] 0,793
0,879
s
V2
V1 + v podlahové k-ci 1. PP pfiidána TI tl. 120 mm
0,793
0,878
s
V3
V2 + zateplení podzemní ãásti obvodové stûny TI tl. 150 mm
0,793
0,884
s
V4
V3 + svislá TI protaÏena v tl. 100 mm pfies základ
0,793
0,884
s
V5
V4 + svislá TI protaÏena 400 mm nad terén
0,793
0,914
s
V6
V5 + základ opatfien TI tl. 100 mm z obou stran
0,793
0,914
s
V7
V2 + zateplení stûnové k-cez interiéru TI o tl. 100 mm
0,793
0,956
s
Tab. 3 Seznam dvourozměrných konstrukcí a vyhodnocení jejich tepelně-technického posouzení: p = požadavky, s = požadavky splněny, n = požadavky nesplněny A3) Skladba základové konstrukce Tl. [mm]
Při následném zateplení základového pásu také z vnitřní boční strany (tzn. základ je obložen tepelnou izolací z obou stran) je průběh teplot mezi V5 a V6 skoro totožný – 0,03 °C (bývá spíše ovlivněno hloubkou založení základu – čím hlouběji je založená stavba, tím menší je rozdíl teplot). Svislou tepelnou izolaci na vnější straně obvodové zdi lze ukončit v úrovni terénu, není třeba ji navrhovat na soklovou část. Avšak když tepelnou izolaci protáhneme o 400 mm nad úroveň terénu (detaily V4 a V5), dojde ke zlepšení průběhu vnitřních teplot stěnové konstrukce a zmenšení jejího tepelného namáhání v jejím styku s povrchem terénu – dochází zde
ke snížení exteriérových teplot z 5 °C na -15 °C.
tepelná izolace – Austrotherm 50 XPS-G
100
základov˘ pás z betonu hutného 600 x 600 mm
600
tepelná izolace – Austrotherm 50 XPS-G
100
V detailu V7 je obvodová stěnová konstrukce zateplena z vnitřní strany. Toto řešení přináší mnoho rizik. Zde je styk stěnové a podlahové konstrukce výrazně tepelně namáhán. Špatně provedené zateplení může být příčinou navlhnutí konstrukce vodní párou, čímž se pak sníží tepelně izolační schopnosti stavebního materiálu konstrukce a může dojít k napadení konstrukce různými plísněmi nebo houbami. K zajištění požadovaných vnitřních povrchových teplot stačí provést vhodný návrh obvodové stěny a tepelné izolace v podlaze, popřípadě umístění tepelné izolace v místě soklu. Protažení tepelné izolace na boční stranu základového pásu je vhodné z důvodu snížení tepelných ztrát tímto koutem.
V1-V3, V7
V4-V5
V6
ano
ano
ano
ano
ano
ano
Literatura: [1] ČSN 73 0540–2 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Praha, Český normalizační institut, 2007, 44 s. [2] ČSN 73 4301 Obytné budovy. Praha, Český normalizační institut, 2004, 28 s. [3] Greško, D., Adamská, G.: Ateliérová tvorba – konštrukčný detail, Panelové konštrukčné sústavy. Bratislava, Edičné stredisko SVŠT v Bratislave, 1984, ČÚKK Š-331/66. [4] Vaverka, J. a kol.: Stavební tepelná technika a energetika budov. Brno, Vutium, 2006, 648 s., ISBN 80-214-2910-0. [5] Součková, B.: Tepelně technické posouzení spodní stavby panelové soustavy typu BP-70 In Zborník príspevkov z konferencie s medzinárodnou účasťou Poruchy a rekonštrukcie obvodových plášťov a striech. Slovensko, Košice, Technická univerzita - Katedra fyziky budov, 2008, 221 s., ISBN 978-80-232-0290-8. [6] Svoboda, Z.: Area 2007. Výpočtový program pro PC. [7] Svoboda, Z.: Teplo 2007. Výpočtový program pro PC.
Vyobrazení: 1) BP-70: Styk stropního a obvodových panelů, skladba podlahových konstrukcí v 1. PP a 1. NP. 2) Skladby obvodových konstrukcí detailů: V1, V3, V6, V7. 3) Způsob zadávání okrajových podmínek u nepodsklepených a podsklepených objektů. 4) Porovnání průběhů izoterm v jednotlivých detailech: V1, V3, V6, V7. 5) Porovnání průběhů teplotních polí v jednotlivých detailech: V1, V3, V6, V7. 6) Rozložení relativních vlhkostí v jednotlivých detailech: V1, V3, V6, V7. 7) Kondenzace vodní páry v jednotlivých detailech: V1, V3, V6, V7. Ing. Barbora Součková VŠB-TU Ostrava, stavební fakulta
12/2008
30
